Тяговая характеристика трактора

Таблица 1 - Баланс мощности и потенциальная тяговая характеристика трактора

Показатель	Результаты расчетов
jкр		0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,65	0,67
d, %	0,25	0,58	0,99	1,49	2,15	2,79	3,13	4,04	4,99
Pкр, кН	0,00	7,55	15,11	22,66	30,21	35,50	37,77	42,30	45,32	50,53
Pк, кН	3,23	10,78	18,33	25,89	33,44	38,73	41,00	45,53	48,55	53,76
Vт, м/с	40,74	12,19	7,17	5,08	3,93	3,39	3,21	2,89	2,71	2,45
V, м/с	40,64	12,12	7,10	5,00	3,85	3,30	3,11	2,77	2,57	0,00
V, км/ч	146,31	43,64	25,56	18,01	13,85	11,88	11,18	9,98	9,26	0,00
Nd, кВт	0,32	0,77	1,30	1,96	2,83	3,66	4,11	5,31	6,56	131,47
Nf, кВт	131,14	39,12	22,91	16,14	12,41	10,65	10,02	8,94	8,30	0,00
Nкр, кВт	0,00	91,58	107,26	113,36	116,22	117,16	117,33	117,21	116,60	0,00
gкр,г/кВт ч	-									-
hт1	0,000	0,607	0,711	0,752	0,771	0,777	0,778	0,777	0,773	0,000
hт2	0,000	0,607	0,711	0,752	0,771	0,777	0,778	0,777	0,773	0,000
Исходные данные: Nн = 150,8 кВт; hтр = 0,87; Nк = 131,47 кВт; G = 75,54 кН; f = 0,06; Pf = 3,23 кН; Gтн = 38,3 кг/ч;

 

В графическом виде решение уравнения баланса мощности представлено в приложении.

4. Тяговый диапазон трактора

Величина тягового диапазона трактора позволяет установить значение минимального тягового усилия Р_мин и, следовательно, интервал тяговых усилий (Р_мин, Р_н), в котором должны быть расположены рабочие передачи.

4.1 Тяговый диапазон трактора определяется по формуле:

,

где Р_н, Р_н¢ - номинальные тяговые усилия тракторов, соответственно, рассчитываемого и предыдущего тяговых классов: Р_н = 30 кН; Р_н¢= 20 кН;

e - коэффициент расширения тяговой зоны трактора, e = 1,25...1,30. Принимаем e = 1,25.

4.2 Определяем минимальное тяговое усилие:

.

В соответствии с приведенными в таблице 1 и на рисунке 1 приложения, данными в рабочем интервале тяговых усилий трактора P_кр от 16 до 30 кН основные показатели работы трактора изменяются в пределах:

 

- коэффициент буксования от 6,1 до 13,3 %;

- скорость движения от 4,49 до 2,54 м/с;

- тяговая мощность от 71,8 до 76,1 кВт;

- удельный тяговый расход топлива от 412 до 389 г/кВтч;

- тяговый к.п.д. от 0,59 до 0,63.

5. Передаточные числа трансмиссии

5.1 Передаточные числа трансмиссии основного ряда передач.

5.1.1 Передаточное число трансмиссии на первой передаче трактора должно обеспечивать реализацию номинального тягового усилия при близкой к номинальной загрузке двигателя:

где k₁ – коэффициент загрузки двигателя при номинальном тяговом усилии Р_н трактора, k₁ = 0,95…1,0. Принимаем k₁ = 0,95;

r_к – радиус начальной окружности ведущего колеса, r_к = 0,379 м (принимаем как и у трактора–прототипа);

М_н - номинальный крутящий момент двигателя:

.

5.1.2 Знаменатель геометрического ряда передач определяется:

,

где z – число основных, рабочих передач трактора, z = 4.

5.1.3 Значения передаточных чисел трансмиссии на других передачах определяется по формуле:

,

где j – номер рабочей передачи, j = 1, 2, …, z.

5.2 Передаточные числа трансмиссии для транспортных передач.

5.2.1 Передаточное число трансмиссии на высшей транспортной передаче обеспечивает движение трактора с заданной транспортной скоростью V_тм при работе двигателя в номинальном режиме определим по формуле:

.

 

 

5.2.2 Знаменатель ряда транспортных передач определяется:

,

где м – число транспортных передач (4 – для данного трактора);

i_тр.z = i_тр4 – передаточное число трансмиссии на высшей рабочей передаче.

5.2.3 Значения передаточных чисел трансмиссии на остальных транспортных передачах определяется:

,

где l – номер транспортной передачи, l = 1, 2,..., м.

6 Регуляторная характеристика двигателя

6.1 Работа двигателя с недогрузкой (0 £ М_к £ М_н) – регуляторные ветви характеристики:

- частота вращения вала двигателя определяется по формуле:

,

где n_х – частота вращения вала двигателя при холостом ходе:

,

d_р – коэффициент неравномерности регулятора двигателя. Для современных тракторных дизелей d_р = 0,07…0,10. Принимаем d_р = 0,08;

k₃ – коэффициент загрузки двигателя:

,

М_н - номинальный крутящий момент двигателя.

- эффективная мощность двигателя определяется по формуле:

,

- часовой расход топлива определяется по формуле:

,

где G_тн – часовой расход топлива, соответствующий номинальной загрузке двигателя (см. табл. 2);

G_тх – часовой расход топлива при холостом ходе двигателя:

G_тх » (0,25…0,30) G_тн = 0,25 ^. 38,3 = 32,4 кг/ч.

- удельный расход топлива двигателем определяется по формуле:

.

Порядок расчета: задавшись значением k₃= М_к/М_н, определяем частоту вращения вала двигателя n_е, мощность двигателя N_е, часовой G_т и удельный g_е расходы топлива.

6.2 Работа двигателя с перегрузкой (М_н £ М_к £ М_макс) – корректорные ветви характеристики, может быть использована следующая аппроксимация:

,

,

где kN, kG - коэффициенты, определяемые по результатам тормозных испытаний двигателей.

 

Расчет выполняется по формулам:

М_макс » 1,17 ^. М_н » 1,17 · 719,97 » 842,37 Нм;

при частоте вращения вала двигателя:

n_м » 0,707 n_н » 0,707 · 2000 » 1414 мин^-1;

мощности двигателя:

N_o » 0,828 ^. N_н » 0,828 · 150,8 » 124,8 кВт;

часовом и удельном расходах топлива двигателем:

G_тм » 0,846 · G_тн » 0,846 · 38,3 » 32,4 кг/ч,

g_ем » 1,021 · g_ен » 1,021 · 254 » 259 г/кВтч.

Порядок расчета: задавшись значением k_N и k_G определяем мощность двигателя N_е, крутящий момент двигателя М_к, часовой G_т и удельный g_е расходы топлива.

М_к = 9550N_е/n_е, Нм.

Результаты расчетов регуляторной характеристики двигателя приведены в таблице 2 и представляем в графическом виде (приложение).

Тяговая характеристика трактора

Последовательность расчета тяговой характеристики трактора (только для основных передач трактора):

- касательная сила тяги определяется по формуле:

;

- нагрузка на крюке (тяговое усилие) трактора определяется по формуле:

Р_кр = Р_к - Р_f;

- к.п.д. перекатывания определяется по формуле:

;

- коэффициент буксования определяется по формуле:

d = В^-1ln [ А /(j_м – Р_кр / G_сц)];

- теоретическая скорость движения определяется по формуле:

;

- рабочая (действительная) скорость движения определяется по формуле:

V = V_т (1-d);

- тяговая мощность трактора определяется по формуле:

N_кр = Р_крV;

- удельный тяговый расход топлива определяется по формуле:

- тяговый к.п.д. трактора определяется по формуле:

Показатели двигателя при холостом ходе трактора:

- крутящий момент двигателя определяется по формуле:

;

- частота вращения вала двигателя определяется по формуле:

;

- часовой расход топлива определяется по формуле:

.

Результаты расчетов тяговой характеристики трактора и показателей двигателя при холостом ходе трактора приведены в таблице 2 и в графическом виде - на рисунке 3 приложения.

Таблица 2 - Регуляторная характеристика двигателя и тяговая характеристика трактора.

Регуляторная характеристика двигателя
Расч. т.	1*				5**				9***
Mк, Нм		179,99	359,99	539,98	719,97	755,97	791,97	827,97	842,37
nе, мин-1
Ne, кВт		40,5	79,2	115,9	150,8	146,6	141,5	133,7	124,8
Gт, кг/ч	9,57	16,76	23,94	31,12	38,30	37,36	36,18	34,42	32,40
ge,г/кВтч	-
Тяговая характеристика трактора
Передача 1: iтр = 21,12; Мхт = 66,42 Нм; nхт = 2182 м-1; Gтхт = 12,22 кг/ч;
Pк, кН	3,23	8,74	17,49	26,23	34,98	36,72	38,47	40,22	40,92
Pкр, кН		5,52	14,26	23,00	31,75	33,50	35,25	37,00	37,69
d, %	0,25	0,49	0,94	1,52	2,32	2,52	2,75	3,00	3,11
Vт,м/с	4,10	4,04	3,95	3,85	3,76	3,48	3,21	2,90	2,66
V, м/с	4,09	4,02	3,91	3,79	3,67	3,39	3,12	2,81	2,57
V, км/ч	14,72	14,48	14,08	13,66	13,22	12,22	11,23	10,12	9,27
Nкр, кВт		22,19	55,76	87,29	116,58	113,68	109,92	104,04	97,06
gкр,г/кВтч	-
hтяг1		0,548	0,704	0,753	0,773	0,775	0,777	0,778	0,777
hтяг2		0,547	0,704	0,753	0,773	0,775	0,777	0,778	0,778

 

Продолжение таблицы 2

 

Передача 2: iтр = 18,48; Мхт = 75,89 Нм; nхт = 2179 м-1; Gтхт = 12,6 кг/ч;
Pк, кН	3,23	7,65	15,31	22,96	30,61	32,15	33,68	35,21	35,82
Pкр, кН	0,00	4,43	12,08	19,73	27,39	28,92	30,45	31,98	32,59
d, %	0,25	0,44	0,82	1,28	1,88	2,03	2,18	2,34	2,42
Vт,м/с	4,68	4,62	4,51	4,40	4,29	3,98	3,66	3,31	3,04
V, м/с	4,67	4,60	4,47	4,35	4,21	3,90	3,58	3,23	2,96
V, км/ч	16,80	16,55	16,10	15,64	15,17	14,03	12,90	11,64	10,67
Nкр, кВт	0,00	20,35	54,03	85,75	115,41	112,70	109,12	103,45	96,57
gкр,г/кВтч	-
hтяг1		0,502	0,683	0,740	0,765	0,769	0,771	0,773	0,774
hтяг2		0,502	0,682	0,740	0,765	0,769	0,771	0,773	0,774
Передача 3: iтр = 16,18; Мхт = 86,69 Нм; nхт = 2176 м-1; Gтхт = 13,03 кг/ч;
Pк, кН	3,23	6,70	13,40	20,10	26,80	28,14	29,48	30,82	31,35
Pкр, кН		3,47	10,17	16,87	23,57	24,91	26,25	27,59	28,13
d, %	0,25	0,39	0,72	1,10	1,56	1,67	1,78	1,9	1,95
Vт,м/с	5,34	5,27	5,15	5,03	4,91	4,54	4,19	3,78	3,47
V, м/с	5,32	5,25	5,11	4,97	4,83	4,47	4,11	3,71	3,40
V, км/ч	19,17	18,91	18,41	17,91	17,39	16,09	14,80	13,36	12,24
Nкр, кВт		18,24	52,03	83,91	113,84	111,31	107,91	102,42	95,66
gкр,г/кВтч	-
hтяг1		0,450	0,657	0,724	0,755	0,759	0,763	0,766	0,766
hтяг2		0,450	0,657	0,724	0,755	0,759	0,763	0,766	0,767
Передача 4: iтр = 14,16; Мхт = 99,04 Нм; nхт = 2172 м-1; Gтхт = 13,53 кг/ч;
Pк, кН	3,23	5,86	11,73	17,59	23,46	24,63	25,80	26,98	27,44
Pкр, кН		2,64	8,50	14,37	20,23	21,40	22,58	23,75	24,22
d, %	0,25	0,36	0,63	0,95	1,32	1,40	1,49	1,58	1,61
Vт,м/с	6,09	6,03	5,89	5,75	5,61	5,19	4,78	4,32	3,96
V, м/с	6,07	6,00	5,85	5,69	5,53	5,12	4,71	4,26	3,90
V, км/ч	21,86	21,61	21,05	20,49	19,91	18,43	16,96	15,32	14,04
Nкр, кВт		15,83	49,72	81,75	111,90	109,55	106,34	101,05	94,42
gкр,г/кВтч	-
hтяг1		0,391	0,628	0,705	0,742	0,747	0,752	0,756	0,756
hтяг2		0,391	0,628	0,705	0,742	0,747	0,752	0,756	0,757
Пояснение к столбцам: 1* – холостой ход двигателя и трактора; 2** – номинальный режим; 3*** – режим максимального крутящего момента двигателя и тягового усилия трактора

 

 

8. Лучевой график загрузки двигателя

Лучевой график загрузки показывает, как изменяется загрузка двигателя в зависимости от величины тягового усилия Р_кр трактора и номера передачи (приложение). При геометрическом ряде передач рациональный диапазон загрузки двигателя по крутящему моменту (выделен жирной линией и точками) остается постоянным и не зависит от номера передачи:

М_мин £ М_к £ М_н;

где М_мин - минимальный крутящий момент двигателя, такой, что при М_к < М_мин выгодней перейти на соседнюю повышенную передачу:

М_мин = М_н/q = 719,97 / 1,14 = 631,55 Нм;

где q - знаменателя геометрического ряда передач.

При построении графика использованы приведенные в таблице 2 данные.

9. Анализ тяговой характеристики трактора

9.1 Номинальное тяговое усилие на первой рабочей передаче Р_н1 = 31,75 кН. Номинальное тяговое усилие трактора прототипа Р_н = 30 кН. Запас по тяговому усилию на крюке ΔР_кр = 1,75 кН.

9.2 Номинальное тяговое усилие на четвёртой рабочей передаче Р_н4 = 20,23 кН, а минимальное рациональное значение тягового усилия при знаменателе ряда рабочих передач q = 1,15 составляет Р_мин4 = (Р_н4 + P_f)/q - P_f = (20,23 + 3,23)/1,14 – 3,23 = 20,53 кН. В результате рациональный интервал тяговых усилий трактора на рабочих передачах составляет от 20,53 кН до 31,75 кН и тяговый диапазон трактора равен d_т = 31,75/20,53 = 1,55.

9.3 Значение коэффициента буксования при номинальных тяговых усилиях на рабочих передачах имеет следующее значение: на первой передаче δ₁ = 2,3 %, на второй передаче δ₂ = 1,9 %, на третьей δ₃ = 1,7 % и на четвертой δ₄ = 1,3 %. В результате получаем, что коэффициент буксования лежит в пределах от 1,3 % до 2,3%. Максимально допустимый коэффициент буксования на первой передаче δ = 4 %.

9.4 Номинальная рабочая скорость движения трактора изменяется от V₁ = 13,22 км/ч на первой передаче и до V₄ = 19,91 км/ч - на четвёртой.

9.5 Удельный тяговый расход топлива при номинальном значении тягового усилия на крюке увеличивается с увеличением номера включенной передачи от g_кр1 = 329 г/кВтч до g_кр4 = 342 г/кВтч.

9.6 Тяговая мощность, в отличие от удельного тягового расхода топлива, при номинальном значении тягового усилия на крюке уменьшается с увеличением номера включенной передачи от N_кр1 = 116,58 кВт до N_кр4 = 111,9 кВт.

Список используемой литературы.

1. Соколов В.В., Красовских В.С. Тракторы и автомобили. Учебное пособие по выполнению курсовой работы по тяговому расчету трактора, предназначенное для студентов специальности 3113. – Барнаул: АГАУ, 2001. – 27 с.

2. Скотников В.А. и др. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля. – М.: Агропромиздат, 1986. – 383 с.

3. Чудаков Д.А. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля. – М.: Колос, 1972. – 384 с.

4. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов. Альбом-справочник. - М.: Россельхозиздат, 1979. = 240 с.

 

Приложение